基于复杂振动载荷的高速列车齿轮箱体强度分析

针对现有研究高速列车齿轮箱体仅考虑了电机扭矩载荷或简化振动工况的现状,以国内某车型高速列车齿轮箱体为研究对象,通过对轴悬式齿轮箱体载荷工况进行分析,基于振动载荷确定齿轮箱体强度计算时的所有工况组合,利用有限元软件对高速列车齿轮箱体进行强度分析,并根据相关铁路标准对结果进行评定。结果表明,齿轮箱体在设计寿命周期内,可同时承受牵引/制动工况下的扭矩载荷及线路激扰产生的振动载荷,应力幅值均小于其对应许用应力幅,齿轮箱体的疲劳强度满足许用要求。在齿轮箱体强度分析时对复杂工况组合进行计算,保证了齿轮箱体设计的可靠性,为高速列车齿轮箱体强度分析和评定提供了一种新方法。

齿轮箱销套螺栓的连接强度分析

主轴与齿轮箱的连接是风电机组传动链中的重要结构,销套-螺栓连接形式的传扭结构得到了越来越多的应用,但目前针对销套-螺栓连接结构极限和疲劳强度的研究还较少。为此,建立了销套-螺栓连接结构有限元模型,对极限强度和疲劳强度进行了安全性评估。首先,建立了包含销套、螺栓、主轴以及齿轮箱等部件的有限元模型;然后,校核了各部件在极限扭矩下的极限强度,并分析了不同扭矩下结构的应力情况;最后,提出了考虑非线性应力情况的疲劳强度计算方法,并校核了结构疲劳强度。研究结果表明:销套-螺栓连接结构的传扭可分为三个阶段,第一阶段为外圈螺栓传扭,第二阶段为外圈销套与内圈螺栓传扭,第三阶段为外圈销套与内圈销套传扭;传扭过程中载荷与应力存在明显的非线性关系,疲劳强度分析需要考虑相应的非线性关系;传扭结构应力最大点和疲劳最大点均位于主轴侧销孔,应力为553 MPa,疲劳数值为0.1355,因此,设计时需要重点关注主轴接口的强度情况,保证连接的可靠性。

齿轮箱传动系统渐开线花键的优化研究

随着风电机组齿轮箱扭矩密度的提升,行星传动装置中渐开线平齿根花键已经满足不了目前齿轮箱轻量化设计的需求。针对这一问题,提出了一种将齿轮箱内部传统的渐开线平齿根花键优化为渐开线齿形花键的方法。首先,优化了渐开线齿形花键的齿廓变位系数、齿根高及齿顶高变位系数等,提高了花键的传扭能力;然后,研究了渐开线齿形花键结构,调整了其齿厚公差,使太阳轮可以正常浮动,以补偿齿轮啮合的对中偏差,降低了不均载系数,提高了齿轮箱内部齿轮的承载能力;分析了花键齿面载荷分布,对花键进行了齿向修鼓和螺旋角修形,改善了花键齿宽载荷分布,避免了花键轮齿端部受载过高,延长了花键联接的使用寿命;最后,使用工程算法,校核了花键抗剪切、抗磨损及花键连接本体强度等;通过齿轮箱相关试验,分析了齿轮箱拆检后花键齿面啮合情况,验证了渐开线齿形花键的扭矩传递能力。研究结果表明:采用渐开线齿形花键,通过优化其参数,可以提高花键的齿面接触强度,花键的扭矩传递能力提高了约10%,齿形花键的扭矩传递能力得到了实例验证。

风电齿轮箱后箱体的结构设计和强度分析

对风电齿轮箱后箱体进行结构设计,并根据国家标准,对极限工况下的后箱体强度进行有限元分析,得到最大等效应力。分析结果表明,风电齿轮箱后箱体的结构强度满足要求。

新能源悬臂型轮边减速器箱体结构强度研究

轮边减速器作为重型或新能源车辆重要的减速增扭传动结构之一,其箱体是齿轮传动系统内部载荷和车架连接外部载荷的重要承载体,箱体结构设计合理和强度性能满足是轮边减速器平稳运行的重要保证。基于箱体三维几何结构和有限元分析方法,建立集“模型-强度评判-运转”的箱体结构分析方法,综合研究了箱体的结构强度及密封性。结果表明,采用组合计算的载荷和强度评判准则下的箱体具有足量的设计强度和刚度,可以支撑内场传动系统的平稳运行和抵抗外载荷作用变形;足量的螺栓分布和合适的螺栓型号可以保证箱体结合面接触面均匀分布,且不发生漏油现象;箱体试验结果与理论分析基本吻合。提出的结构强度分析方法为箱体的结构设计提供了技术参考。

微观缩松对齿轮箱箱体疲劳强度的影响

微观缩松是铝合金齿轮箱箱体中常见的缺陷之一,对齿轮箱的安全服役带来不利的影响。基于三维代表体积单元法建立微观缩松有限元模型,研究微观缩松对铝合金材料弹性模量、屈服强度和疲劳强度的影响规律。通过显微分析测得箱体中一典型缩松缺陷的孔隙率,结合缩松缺陷区域的材料力学性能完成箱体的局部疲劳强度评估。结果表明:随着铝合金缩松区域孔隙率的增加,AlSi7Mg材料的等效弹性模量、屈服强度和疲劳强度都显著降低,当孔隙率为10%时,材料屈服强度由195.5 MPa下降至157.0 MPa,铝合金箱体的局部疲劳安全系数下降15.6%。

大功率船用齿轮箱结构优化

综合考虑齿轮啮合力及箱体重力作用,采用有限元法建立大功率船用齿轮箱的有限元静力学模型,分析计算4种工况下齿轮箱的承载能力,并对原齿轮箱的强度和结构刚度进行分析评价。基于等强度原则,将优化设计与可靠性设计理论相结合,建立齿轮箱优化模型。在满足齿轮箱结构安全的条件下,对齿轮箱进行优化设计。优化后的齿轮箱重量减轻1.06 t,并且强度分布趋向均匀,结构变得更加合理,具有一定的理论和工程实用价值。

汽车变速器箱体结构强度分析与优化设计

为了实现变速器箱体轻量化,对通过模态试验验证的某轻型货车变速器箱体模型进行了有限元分析,包括静力学和动力学结构强度分析。基于分析结果对箱体进行了拓扑优化设计。优化结果表明,在保证箱体刚度不变、强度变化小于5%、振动性能基本一致(第一阶自由模态减小了2.8%)的前提下,对变速器箱体的厚度、加强筋及局部进行优化,改进后箱体质量由30kg减为27.6kg,减轻了8%,达到轻量化目标。

高速列车齿轮箱箱体动应力响应及疲劳可靠性研究

高速列车铸铝合金齿轮箱在服役过程中承受复杂的载荷条件和随机应力。以某新型高速列车齿轮箱为研究对象,结合线路试验分析列车运行速度、电机输出扭矩及线路条件对箱体动应力响应及疲劳强度的影响,利用应力—强度干涉理论建立齿轮箱等效应力—疲劳强度干涉可靠性模型,分析齿轮箱箱体疲劳可靠度与服役里程的关系。结果表明:随着列车运行速度和电机输出扭矩的增大,箱体各测点的应力水平均有不同程度的增大,其中端部吊杆座处的应力变化最为明显;当列车运行速度由200km·h-1增加到400km·h-1时,其最大动应力幅值增大约120%,电机输出扭矩由0变为1400N·m时最大动应力幅值增大约150%。此外,线路条件对箱体等效应力也影响显著。随着列车服役里程的增加,箱体疲劳可靠度不断降低,在一定可靠度下,随着铝合金箱体铸造水平等级的提高,齿轮箱箱体寿命延长,铸造孔径为0.5mm时的服役里程是铸造孔径为0.9mm时的3.8倍。

航空发动机附件机匣结构设计及齿轮强度分析

以适应某型航空发动机功能要求设计的附件机匣为研究对象,将国内外先进设计理念融入结构设计和强度分析中。采用高可靠性结构设计方法进行齿轮、轴承等重要传动部件设计;分析了齿轮疲劳强度,考虑了壳体、轴的实际刚度对齿轮疲劳强度的影响,使分析结果更接近真实情况。该附件机匣随发动机累计试车超过300 h仍工作状态良好,表明其结构设计合理,能够满足发动机附件传动功能要求。

基于马尔可夫过程的风电齿轮箱齿轮强度退化模型

为了对风电齿轮箱中齿轮的强度退化规律进行研究,基于马尔可夫过程的基本原理,以2 MW风电齿轮箱中太阳轮为研究对象,根据风速与齿轮应力之间的转换关系得到各风速区间所对应的平均应力及其出现概率;结合材料的S-N曲线,计算出齿轮强度从初始状态转移至最终状态的概率,并根据线性疲劳累积损伤理论构造出强度的状态转移概率矩阵;最后定义初始状态概率分布向量,结合状态概率转移矩阵,采用加权平均的方式计算出各时刻的强度均值,描绘出齿轮的强度退化轨迹.文中方法考虑了强度退化过程中各阶段的相关性,能够有效地反映齿轮在服役期间内的强度退化规律,对研究风电齿轮箱中齿轮的强度退化具有一定指导意义.

提高风电齿轮箱功率密度的方法

从齿轮接触疲劳强度出发,讨论了提高风电齿轮箱功率密度的几种途径。通过功率分流等形式可大大降低设计的计算载荷;通过优质材料选取、精密热处理控制、喷丸强化等齿面改性技术可有效提高齿轮的疲劳极限应力;采用齿根过渡曲线形貌优化、轮齿修形、齿面超精加工等齿廓改形技术也可明显提高齿轮的承载能力;通过减小最小安全系数或增大齿宽也可有效地减小中心距;通过行星架等零件的结构优化和行星齿轮传动的均载技术,可进一步提高齿轮箱的功率密度。

基于Patran/Nastran的某型履带车辆变速箱体的刚强度分析

介绍了某型履带车辆变速箱体几何模型的创建,根据发动机外特性曲线与该型车辆行驶时箱体工作的最恶劣工况计算了箱体所受荷载,利用Patran/nastran软件对箱体进行了刚强度分析。根据分析结果得出:下箱体主动轴轴承座孔处结构应力和变形较大,容易出现开裂或者漏油等情况,维修时应重点关注。箱体满足强度条件,但应力分布不均匀,且大部分区域的结构应力远小于许用值,还存在优化的空间。

履带车辆综合传动装置箱体有限元分析

介绍对箱体的方案设计进行有限元分析的方法． 通过对箱体模型的简化、边界条件的处理以及有限元网格的生成技术来保证分析的准确性． 通过分析计算得出位移和应力分布结果， 初步判断刚度和强度条件． 在此基础上对箱体方案进行细化和改进， 提高了方案设计的效率和可靠性．

某型履带车辆变速箱体的结构分析与改进设计

根据某型履带车辆发动机外特性曲线及其行驶时变速箱体工作的最恶劣工况计算了箱体所受荷载,然后利用Patran/Nastran软件对箱体进行了刚强度分析。分析后发现:箱体满足强度条件,但应力分布不均匀,在箱体轴承座孔处应力较大,而其它地方的应力远小于许用值。为此,将箱体轴承座孔处壁厚加厚,而其余地方均匀减薄。经重分析后发现:箱体仍满足强度条件,但应力分布更均匀,而且重量减轻了5%。

高速列车传动齿轮箱箱体强度分析和试验

传动齿轮箱是高速列车转向架的关键部件,齿轮箱的强度可靠性将直接影响到列车的运行安全性。采用有限元分析方法针对270km h高速列车传动齿轮箱箱体结构强度进行了分析,并进行了台架试验验证和实车试验。

闭功率流锥齿轮试验台及传动齿轮箱的设计与分析

介绍了齿轮试验检测平台及基础数据库建设的背景与意义,给出了一种锥齿轮闭功率流耐久性试验台结构方案,对试验台的结构组成、系统功能进行了分析阐述。基于Solid Works建立了试验台关键部件等速圆柱齿轮箱的三维模型,并导入ANSYS Workbench进行了有限元模型转换,根据试验台实际工作载荷,对箱体进行了静力学分析及模态分析,得出了箱体最大应力、变形量、固有频率、振型等,对啮合齿轮副进行了强度分析,表明等速圆柱齿轮箱满足设计要求。

某型地铁车辆用带轴承座的传动齿轮箱

文章介绍了一种自主研发的带有轴承座结构的齿轮箱,并对其结构布置、齿轮设计、强度分析、润滑与密封系统等进行了详细分析。结果表明,自主研制的地铁车辆用齿轮箱性能完全符合我国城市轨道交通的运用要求,可广泛应用于我国地铁车辆。

基于有限元的履带车辆变速箱体强度分析

建立了履带车辆变速箱体的力学模型,对其载荷和结构特点进行了分析,同时根据边界条件,引入特定的约束,通过有限元方法对履带车辆变速箱体进行了结构强度分析,计算得到了等效位移和等效应力云图,分析得出了箱体结构位移和应力的分布及其数值,从而找出了原设计的薄弱环节,可为进一步改进履带车辆变速箱体的结构设计提供一定的参考和借鉴。

齿轮表层下疲劳失效的预测研究

以拖拉机变速箱主动弧齿锥齿轮为例,根据齿面沿深度方向剪切应力和剪切强度之比值分布进行表层下疲劳失效方式和疲劳源区域的预测分析和试验验证。通过齿轮剪切应力计算并与残余应力进行叠加分析,以及硬度与强度之间的转换关系,得到了齿轮沿齿面深度方向的应力与强度分布,以基于局部剪切屈服强度值方法判定准则,分析齿轮疲劳失效方式和相互转化的机理,并以大量失效齿轮的分析得以验证。结果表明,这一基于叠加剪切应力和剪切屈服强度的判定方法可以直观、快速地进行疲劳失效方式和失效区域预测。